Дипломная работа: Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах
5)
Хорошая
растворимость в травителе;
6)
Технологичность;
7)
Стабильность
основных физико-химических свойств от партии к партии.
Дополнительными требованиями являются:
1)
Малое различие
акустических сопротивлений материала металлизации и звукопровода;
2)
Низкая удельная
плотность во избежание сильных отражений;
3)
Слабые
дисперсионные свойства.
В таблице 2.3
указаны акустические и дисперсионные свойства выбранного в качестве материала
звукопровода ниобата лития
Таблица 2.3 – Акустические и дисперсионные свойства ниобата лития среза YZ и материалов металлизации
Материал |
Удельное электричес-
кое сопротивление ×106 Ом·см
|
Плотность ρ, г·см-3
|
Акустическое сопротивление Z,
×106, г·см-2с-1
|
Коэффициент дисперсии
γд
|
Ниобат лития |
- |
4.7 |
16.4 |
+0.06 |
Алюминий |
2,7 |
2,7 |
7,15 |
Ниобат лития |
- |
4.7 |
16.4 |
-0,46 |
Серебро |
1,63 |
10,5 |
15,2 |
Ниобат лития |
- |
4.7 |
16.4 |
-1,05 |
Золото |
2,3 |
19,3 |
22,0 |
При изготовления устройств на ПАВ для металлизации широко используются
алюминий, серебро, золото, иногда медь с защитой никелем. В таблице 4 приведены
акустические и дисперсионные свойства ниобата лития в сочетании с различными
типами металлического покрытия.
Для фильтров на ниобате лития отражение за счет несоответствия
акустических сопротивлений материалов звукопровода и покрытия минимальны при
использовании серебра, но при этом велики дисперсионные искажения и
увеличивается составляющая коэффициента отражения от границ электродов из за
роста нагружающей массы. Дешевизна алюминия и возможность получения низкого сопротивления
пленочных проводников, делает данный наиболее пригодным для нашего устройства.
2.2
Расчет
основных элементов метки
2.2.1 Выбор
приемо-передающего ВШП
Основным конструктивным
элементом любого акустоэлектронного устройства на ПАВ является преобразователь.
Наиболее простым и эффективным способом приема и возбуждения ПАВ является
использование ВШП. Существует множество различных конструкций таких
преобразователей. Наиболее оптимальным решением является однонаправленный ВШП,
так как он обеспечивает распространение пакета ПАВ лишь в одном направлении, и
тем самым потери на преобразование электромагнитного сигнала в поверхностные
акустические волны минимальны. Рассмотрим типовые конструкции однонаправленных
ВШП.
На рисунке 2.4 изображен
однонаправленный ВШП, одна из половин которого смещена на половину длины волны
и служит отражателями для обратной ПАВ. Основным достоинством данного
преобразователя является высокочастотность. Поскольку для повышения
эффективности отражения требуется большое количество электродов, этот тип
преобразователей является узкополосным с большим уровнем боковых лепестков.
Решить эти проблемы
позволяет модифицированный однонаправленный ВШП (рисунок 2.5). Однако верхняя
граничная частота такого преобразователя ниже в 2 раза.
Рисунок 2.5 –
Модифицированный однонаправленный ВШП
Эффективность возбуждения
ПАВ зависит от ширины электродов, поэтому, изменяя ширину электродов вдоль
направления распространения звуковой волны (рисунок 2.6), можно равномерно
взвесить преобразователь в соответствии с заданной импульсной характеристикой.
Этот метод взвешивания может рассматриваться как широтно-импульсная модуляция
сигнала. Основным недостатком этого метода взвешивания является
чувствительность к технологическим погрешностям и требование к высокой
разрешающей способности фотолитографии при изготовлении. Кроме того, диапазон
взвешивания амплитуд парциальных волн очень мал и не превышает 2,5:1, что
существенно ограничивает класс реализуемых частотных характеристик.
Рисунок 2.6 –
Однонаправленный ВШП со взвешиванием ширины электродов
Данный преобразователь
обеспечивает однородность звукового пучка по апертуре.
Предлагается использовать
следующий однонаправленный преобразователь (рисунок 2.7). Он обладает
преимуществом предыдущего, но вместе с этим устраняет существенный недостаток –
высокие требования к разрешающей способности фотолитографии, а следовательно и
невозможность изготовления высокочастотного устройства из за наличия
межэлектродных зазоров равных
l/8. Это достигается тем, что в
преобразователе, содержащем звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены
элементарные секции, содержащие противофазные электроды и отражающие электроды,
ширины электродов первой фазы выбраны равными l/4 и l/2 соответственно и расположены с периодом 2l, а между ними расположены электроды
противоположной фазы и отражающие электроды шириной l/4 с периодом 2l таким образом, что ближайшими электродами
для них являются электроды первой фазы, все зазоры выполнены равными 3l/16, l - длина ПАВ на средней частоте преобразователя [13].
1 – Электроды первой
фазы; 2 – электроды второй фазы; 3 – отражатель.
Рисунок 2.7 –
Однонаправленный ВШП с внутренними отражателями.
Преобразователь содержит
пьезоэлектрический электроды первой фазы 1 с ширинами электродов l/4 и l/2 соответственно с периодом 2l, между ними расположены электроды
противоположной фазы 2 и отражающие электроды 3 с ширинами l/4 и периодом 2l. Межэлектродные зазоры 5 выполнены
равными 3l/16.
При подаче электрического сигнала на
противофазные электроды 1 и 2 в подложке возбуждаются ПАВ, которые распространяются
в противоположные стороны от парциальных встречно-штыревых преобразователей
(ВШП), образованных широким (l/2) и узким (l/4)
электродами первой фазы 1 и электродом 2 противоположной фазы, находящимися
между ними. ПАВ отражаются парциальными ВШП образованными узким и широким электродами
первой фазы 1 и отражающим электродом 3, находящимся между ними. Расстояние
между центрами отражающих парциальных ВШП, находящихся справа и слева от излучающего
ВШП равны 7l/8 и 9l/8 соответственно. При отражении от
ВШП с тремя штырями меняет ПАВ фазу на p/2. Тогда фаза отраженной справа ПАВ равна 3p, а слева - 4p, т.е. отраженная слева ПАВ находится
в противофазе с излученной ПАВ, а справа – в фазе. Так как отражательные
парциальные ВШП расположены с периодом 2l, то все отраженные ПАВ будут складываться в фазе и при
некотором числе отражателей амплитуда ПАВ , находящихся в противофазе с
излученными ПАВ станет близка к их суммарной амплитуде, что приведет к
преимущественному излучению ПАВ влево, т.е. к однонаправленному режиму. Так как
коэффициент отражения от отражательных парциальных ВШП с числом электродов
равным трем (Nk2эфф<<w0CT, СТ – статическая емкость
парциального ВШП, k2эфф –квадрат коэффициента
электромеханическрой связи, w0=2pf0, f0 – средняя частота преобразователя)
равен 4k2эфф/p, то число отражающих парциальных ВШП
равно M³p/(4k2эфф).
2.2.2
Расчет
основных параметров приемо-передающего ВШП
Для осуществления дальнейших расчетов необходимо задаться начальными
параметрами и выбрать частоту акустического синхронизма ВШП.
Пусть минимальное расстояние между отражательными ВШП составляет 15мкм.
Зная скорость распространения звука на подложке ниобата лития и квадрат коэффициента
электромеханической связи, можно приближенно вычислить скорость распространения
ПАВ на металлизированной поверхности:
k2=2ΔV/V=2(V-Vm)/V,
где V- скорость ПАВ на свободной
поверхности; Vm –скорость
ПАВ на металлизированной поверхности; k2 – квадрат коэффициента электромеханической связи.
Тогда согласно выражению (2.4):
Vm=V - k2V/2=3488-0.045*3488/2=3409,52(м/с)
Зная скорость распространения звуковой волны и минимальное расстояние
между отражателями можно вычислить время задержки импульса:
τз=S/VПАВ=15*10-6/3409,52=4,40(нс),
где VПАВ – скорость звука на подложке с учетом
металлизации (для ниобата лития VПАВ =3409,52(м/с).
Частоту акустического синхронизма будем вычислять исходя из соотношения:
f0 >>1/ (τз +τи)
где τи – длительность импульса.
В свою очередь необходимо выполнение условия, при котором τз>>τи.
Предположим, что достаточным будет следующее соотношение τи
=3τз. Тогда:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 |